Estudio computacional de la reactividad de complejos de cobre como mimetizadores de las enzimas catalasa y superóxido dismutasa

Abstract

Son varias las especies radicales involucradas en el estrés oxidativo, un fenómeno que se ha relacionado con varias enfermedades que representan un gran riesgo a la salud como el cáncer, diabetes, enfermedades neurodegenerativas, entre otras. Una de ellas es el anión superóxido, que se produce continuamente en procesos metabólicos normales de las células y puede llegar a ocasionar reacciones en cadena, formando otras especies reactivas. Por lo tanto, se ha generado interés en encontrar moléculas que sean capaces de imitar la actividad antioxidante de enzimas como la superóxido dismutasa y catalasa, combinando esfuerzos y estrategias computacionales y experimentales. En este estudio se evaluaron mecanismos de reacción para 9 complejos de cobre como posibles mimetizadores de la enzima superóxido dismutasa (SOD) la enzima catalasa (CAT) mediante el cálculo de las energías libres de reacción para los mecanismos plausibles de la dismutación del anión radical superóxido y descomposición del peróxido de hidrógeno, usando la teoría del funcional de densidad con los funcionales M06-2X y modelo de solvatación implícita SMD. Posteriormente se realizó un análisis topológico de la distribución de la densidad electrónica siguiendo la teoría de átomos en moléculas o AIM, evaluando para los reactivos y productos parámetros electrónicos en los enlaces de coordinación en el mecanismo de la SOD. Como conclusión se encontró que los complejos estudiados mimetizarían a la SOD y la CAT mediante los mecanismos propuestos, además el análisis topológico demostró que los mecanismos favorables son aquellos en donde el cobre (II) y el superóxido presentan una interacción atractiva y parcialmente covalente que cambia en los productos a una interacción de carácter de capa cerrada, junto a un aumento ligero de la elipticidad. (Tomado de la fuente)

There are several radical species involved in oxidative stress, a phenomenon that has been related to several diseases that represent a great risk to health such as cancer, diabetes, neurodegenerative diseases, among others; one of them is the superoxide radical anion, which is produced continuously in normal metabolic processes of cells and can cause chain reactions, forming other reactive species. Therefore, interest has been generated in finding molecules that can mimic the antioxidant activity of the superoxide dismutase and catalase enzymes, combining computational and experimental efforts and strategies. In this study, reaction mechanisms for 9 copper complexes were evaluated as possible mimics of the superoxide dismutase (SOD) and catalase (CAT) enzymes by calculating the reaction free energies for the plausible mechanisms of the dismutation of the superoxide radical anion and decomposition of hydrogen peroxide, using the density functional theory with the M06-2X functional and the SMD solvation model. Subsequently, a topological analysis of the electronic density distribution was carried out following the theory of atoms in molecules or AIM, evaluating electronic parameters in the coordination bonds for the reactants and products in the SOD mechanism. In conclusion, it was found that the complexes studied would mimic SOD and CAT through the proposed mechanisms. In addition the topological analysis discovered that the favorable mechanisms are those in which copper (II) and superoxide present an attractive and partially covalent interaction that changes in the products. to a closed shell character interaction, along with a slight increase in ellipticity.